大迎角非共面鴨翼渦主動控制技術

《大迎角非共面鴨翼渦主動控制技術》是依託北京航空航天大學，由劉沛清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大迎角非共面鴨翼渦主動控制技術
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：劉沛清
• 項目類別：面上項目

項目摘要

近距耦合非共面鴨式布局在中大迎角下，鴨翼渦與機翼渦的干擾作用主要受渦系的卷繞和破裂行為控制，實驗發現鴨翼渦和機翼渦卷繞後，可以明顯改善機翼渦的氣動特性，延遲機翼渦的破裂和增大布局失速迎角，這對提高布局的機動性和鴨翼的控制效率具有重要作用。因此在非共面布局的基礎上，將鴨翼作為渦流發生器，通過實驗和數值模擬研究，揭示現代戰鬥機的複雜渦系干擾和控制機理，利用高頻脈衝射流激勵器對鴨翼渦實施展向主動渦控制，用以延遲和控制非共面鴨翼渦的破裂，進而通過鴨翼渦與機翼渦的有利干擾，實現對近耦合非共面鴨式布局機翼渦的間接控制，並且通過建立控制參數、布局參數和氣動參數之間的定量關係，提出一種高效主動控制鴨翼和機翼渦的技術措施。

結題摘要

近距耦合非共面鴨式布局在大迎角下，鴨翼渦對主翼流場的有利干擾可以明顯改善布局的氣動特性，延遲機翼渦的破裂，增大布局失速迎角。在此基礎上，開展利用高頻脈衝射流激勵器對鴨翼渦實施展向吹氣主動控制，進而通過鴨翼渦與機翼渦的有利干擾，實現對近耦合非共面鴨式布局機翼渦的間接控制的研究是可行而且必要的。 本項目在鴨式布局上開展了後掠角、鴨翼高度、鴨翼展向連續吹氣控制、鴨翼展向脈衝吹氣控制的實驗研究和數值模擬研究。實驗研究結果表明，對於不同後掠角的鴨翼，鴨翼高度對布局氣動力的作用規律是相似的，存在最佳的鴨翼高度配比；鴨翼展向連續吹氣的作用效果與射流強度成正比，與鴨翼高度成反比；低頻吹氣下，鴨翼展向脈衝吹氣的作用效果和頻率、占空比成正比；相比於連續展向吹氣控制，在較高的吹氣頻率或者占空比下，脈衝吹氣能夠以較小的吹氣量達到類似的增升效果。數值模擬研究結果表明，主翼破裂的頻率基本不隨鴨翼展向脈衝吹氣的影響；在低頻脈衝吹氣的脈衝周期內布局升力可以達到連續吹氣與未吹氣的升力值，在高頻脈衝吹氣的脈衝周期內布局升力始終高於未吹氣的升力值；在相同吹氣量下，布局升力隨頻率的增加先增大後減小，極大值頻率在流場固有頻率附近。 為了研究鴨式布局渦系干擾機理，本項目針對簡化的同向渦對在壓力梯度場和壁面限制條件下進行了實驗研究，結果表明同向旋轉渦對在壁面附近的融合更迅速，而逆壓梯度環境下的融合要複雜的多，是外部環境和旋渦擴散的複合作用。 在靜態鴨式布局研究的基礎上，本項目開展了動態鴨式布局的實驗研究和數值模擬研究。動態鴨式布局的實驗研究表明，當俯仰運動的頻率增加到某一臨界值時氣動遲滯環的方向會發生改變。動態鴨式布局的數值模擬表明，不同頻率的俯仰運動通過等效洗流效果的強弱影響各個關鍵現象產生的迎角，從而決定了遲滯環的大小。